振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室MEMS若干動(dòng)力學(xué)問題研究振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孟光張文明概要(Outline)微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況MEMS動(dòng)力學(xué)問題研究微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題研究若干動(dòng)力學(xué)問題的研究MEMS動(dòng)力學(xué)研究展望振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況1.1MEMS基本概念1.2MEMS基本模型1.3MEMS歷史回顧1.4MEMS加工技術(shù)1.5MEMS研究成果1.6MEMS應(yīng)用現(xiàn)狀1.7 MEMS技術(shù)小結(jié)振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.2MEMS基本模型振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.3MEMS歷史回顧1947年，科學(xué)家率先發(fā)明半導(dǎo)體晶體管1959年，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者Feynman教授發(fā)表著名的MEMS預(yù)言演講‘Thereisplentyofroomatthebottom’1964年，Nathenson研制出第一個(gè)批量生產(chǎn)的MEMS設(shè)備resonantgatetransistor1984年，美國加州大學(xué)伯克利分校Howe和Muller利用IC工藝開發(fā)出多晶硅表面微加工技術(shù)，此技術(shù)被譽(yù)為MEMS加工技術(shù)的前奏1988年，美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校研制出首臺靜電微電機(jī)，標(biāo)志著MEMS時(shí)代的來臨振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.4MEMS加工技術(shù)

表面微加工技術(shù)薄膜生成技術(shù)；犧牲層技術(shù)體形微加工技術(shù)化學(xué)腐蝕；離子刻蝕

LIGA技術(shù)和SLIGA技術(shù)光刻、電鑄及注塑特種精密機(jī)械加工技術(shù)電火花加工；激光加工；光造型加工

固相鍵合技術(shù)

陽極鍵合；Si-Si直接鍵合；玻璃封接鍵合；冷壓焊鍵合振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.6MEMS應(yīng)用現(xiàn)狀軍事國防生物醫(yī)學(xué)環(huán)境保護(hù)工廠維修信息通信交通運(yùn)輸航空航天

……振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室1.7MEMS技術(shù)小結(jié)MEMS是人類科技發(fā)展過程一次重大技術(shù)整合

微電子、精密加工、傳感器、執(zhí)行器等技術(shù)微小型化、智能化、集成化、高可靠性MEMS能夠完成真正意義上的微小型系統(tǒng)集成

在芯片上實(shí)現(xiàn)了力、熱、磁、化學(xué)到電的轉(zhuǎn)變MEMS極大地改善了人類生存方式與生活質(zhì)量

大批量、低成本的微傳感器、微熱行器MEMS將會(huì)帶動(dòng)一個(gè)充滿活力的產(chǎn)業(yè)迅速成長

不是鋼鐵、汽車、微電子，而是微系統(tǒng)振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室概要(Outline)振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況MEMS動(dòng)力學(xué)問題研究微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題研究若干動(dòng)力學(xué)問題的研究MEMS動(dòng)力學(xué)研究展望2.1微尺度效應(yīng)(Ⅰ)MEMS象征著超小型計(jì)算機(jī)芯片與微型傳感器、探頭、光學(xué)元件及執(zhí)行器的密切結(jié)合。

Howsmallissmall?振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.1微尺度效應(yīng)(Ⅱ)

尺度范圍:微型機(jī)械0.01m-0.1mmMEMS0.1mm-0.1μmNEMS100nm-0.1nm振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.1微尺度效應(yīng)(Ⅲ)S/Vratioshrinkswiththescalefriction>inertiaheatdissipation>heatstorageelectrostaticforce>magneticforceenergycoupling>energyproduction

Importantdecreaseinmanufacturingrelativeaccuracy

Shrinkingworld,changingbehavior

微尺度律振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.1微尺度效應(yīng)(Ⅴ)

各種驅(qū)動(dòng)器的尺度效應(yīng)振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.1微尺度效應(yīng)(Ⅵ)

驅(qū)動(dòng)力的微尺度效應(yīng)

靜電力

電磁力

壓電力

熱動(dòng)力振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.2多能域耦合效應(yīng)流體、固體等耦合

微泵微閥微型水壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器電、熱、機(jī)械等耦合

熱致動(dòng)器熱傳感器機(jī)、電、磁等耦合

梳狀諧振器靜電、電磁微電機(jī)等電場力、空氣阻力、機(jī)械變形等耦合

微壓電傳感器原子力顯微鏡微梁探針振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.4 動(dòng)力學(xué)建模和模擬分析方法(Ⅰ)設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)級縮減級物理級制作級仿真檢驗(yàn)

建模過程振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2.4 動(dòng)力學(xué)建模和模擬分析方法(Ⅱ)

動(dòng)力學(xué)建模與分析方法

動(dòng)力學(xué)特性表述方法簡化的微分方程非線性時(shí)變偏微分方程動(dòng)力學(xué)模型微機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)模型非線性電容器模型集中參數(shù)模型彈簧阻尼質(zhì)量系統(tǒng)模型平板電容器模型三維分段線性動(dòng)力學(xué)模型動(dòng)力學(xué)分析方法

宏模型建模分析方法 Melnikov方法等效電路方法攝動(dòng)法非線性解耦分析算法有限單元分析方法等 振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室概要(Outline)振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微機(jī)電系統(tǒng)的基本概況MEMS動(dòng)力學(xué)問題研究微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)問題研究若干動(dòng)力學(xué)問題的研究MEMS動(dòng)力學(xué)研究展望3.1微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究現(xiàn)狀靜電微電機(jī)磁感應(yīng)微電機(jī)

超聲微電機(jī)

電磁微電機(jī)步進(jìn)微電機(jī)SDA微電機(jī)

擺式微電機(jī)

微電機(jī)(Micromotor)振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.1微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究現(xiàn)狀微型水壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器微型轉(zhuǎn)子飛機(jī)微型Otto循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)

微型渦輪機(jī)微型發(fā)動(dòng)機(jī)微型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)

微型燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)

動(dòng)力MEMS(PowerMEMS)MEMS渦輪增壓器

振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.1微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究現(xiàn)狀振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)展示的采用MEMS技術(shù)的電阻電熱式微推進(jìn)器樣機(jī)（液體氣化方式）。微推進(jìn)器由薄膜加熱器、微型噴口等組成。其性能目標(biāo)為：比沖75～125s，推力0.5mN，功率<5W，效率≥50%，質(zhì)量為幾克，大小為1cm2。微推進(jìn)器3.1微旋轉(zhuǎn)機(jī)械的研究現(xiàn)狀振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室直徑:1mm高度:1.5mm重量:12.5mg最大轉(zhuǎn)速:18000rpm最大力矩:1.5Nm直徑1mm微馬達(dá)上海交大研制的微馬達(dá)3.2微轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問題

微尺度下的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模和分析方法微尺度下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及非線性特性問題微尺度下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的摩擦、磨損與潤滑問題轉(zhuǎn)子高速運(yùn)動(dòng)及機(jī)電耦合非線性動(dòng)力學(xué)問題轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動(dòng)測量與控制、穩(wěn)定性分析問題微尺度下的動(dòng)態(tài)特性測試及可靠性技術(shù)問題

振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室3.3微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀

不同驅(qū)動(dòng)方式下動(dòng)力學(xué)特性研究多能域耦合非線性動(dòng)力特性研究微尺度下動(dòng)力潤滑特性機(jī)理研究超高轉(zhuǎn)速工作轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性微尺度下摩擦磨損動(dòng)力特性研究轉(zhuǎn)子動(dòng)力系統(tǒng)特性實(shí)驗(yàn)檢測技術(shù)振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室A.微轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)建模與分析振動(dòng)、沖擊、噪聲國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

動(dòng)力學(xué)模型可變電容三維場模型平行板模型